Vratislav BLECHA1, Petr RAMBOUSEK2 LOKALIZACE HISTORICKÉ DŦLNÍ ŃACHTY POMOCÍ MIKROGRAVIMETRIE LOCATION OF HISTORICAL MINING SHAFT BY MICROGRAVITY SURVEY Abstract Microgravity survey for historical mining shaft Vilemína was carried out in the Eastern Bohemia at Lukavice village. Pyrite mining at locality was in progress from the beginning of 17th century until the end of 19th century. The shaft Vilemína established between years 1760 – 1770 had original depth of 24 m, later was extended to 66 m. From the year 1808 shaft served as drainage well for Lukavice pyrite mines. The mine waters were conducted by narrow 1.5 km long drainage tunnel to Chrudimka river. The depth of tunnel in Lukavice was 23 m. The approximate position of Vilemína shaft is known from historical maps, pictures and photographs. Nonetheless, exact present position of filled shaft was vague. The aim of gravity survey was to locate historical shaft, which supposed position is in the immediate vicinity of the road with heavy traffic. Results of gravity measurements show oblong shaped local negative anomaly at the southern part of measured area. Gravity modeling across the anomaly indicates that the source of the anomaly could be historical shaft with the pit for water wheel next to shaft. Key words: Microgravity survey, gravity modeling, historical shaft Vilemína
Úvod Těņba pyritu v Lukavici u Chrudimi probíhala od začátku 17. do konce 19. století. Hloubka ńachet činila aņ 200 m. Roku 1892 byly doly opuńtěny. Pŗíčinou zániku dolŧ byla velká zahraniční konkurence levnějńího pyritu a značné vyčerpání svrchních partií loņiska. Pokus o obnovení těņby pyritu v Lukavici na začátku 50. let 20. století byl neúspěńný. Pŗesná lokalizace nejstarńích hornických děl v Lukavici je velmi obtíņná, protoņe jde o terén, který byl po několik století intenzivně vyuņíván a na velké plońe zavalen haldovým materiálem. V posledních letech probíhaly v centru obce Lukavice poměrně rozsáhlá geofyzikální měŗení, jejichņ hlavním úkolem bylo zjistit, zda stará historická díla neohroņují bezpečný provoz na místních komunikacích (Blecha a kol., 2007). Jedním z dílčích úkolŧ geofyzikálních prací bylo pokusit se pŗesně lokalizovat pozici bývalé vodní ńachty Vilemína. Úkol jsme ŗeńili pomocí detailní gravimetrie, neboť podle výsledkŧ pŗedběņného modelování se i zaplavená či částečně zavalená 66 m hluboká ńachta pŗi pŗesném gravimetrickém měŗení projeví. Ńachta Vilemína byla zaloņena pravděpodobně v letech 1760 – 1770 a do roku 1784 byla stŗedem samostatného menńího revíru. V 18. století byla hluboká jen asi 24 m, později byla prohloubena aņ na úroveň 3. patra do hloubky 66 m (Lukavické dolování, 2008). Od r. 1808 pozbyla Vilemína význam ńachty těņní a slouņila jiņ jen jako vodní čerpací ńachta k odvodňování místních dolŧ. Pumpy pohánělo vodní kolo o prŧměru 8 m. Voda z dolŧ byla odváděna úzkou odvodňovací ńtolou dlouhou 1593 m. Počátek 1
RNDr., CSc., Univerzita Karlova v Praze, Pŗírodovědecká fakulta, Albertov 6, Praha 2,
[email protected] 2 RNDr., Česká geologická sluņba, Klárov 3, Praha 1,
[email protected]
13
ńtoly v Lukavici byl v hloubce 23 m. Trasa ńtoly je souběņná s Lukavickým potokem. Těņba skončila v roce 1892 a Vilemína nebyla, na rozdíl od blízké Bartolomějské ńachty, od svého uzavŗení jiņ nikdy otevŗena. Pŗibliņná poloha ńachty Vilemína je známa z historických map a fotografií, které pocházejí z konce 19. a začátku 20. století. Nicméně pŗesná poloha známa není a ani výkopové práce z 50. let minulého století, jeņ měly za úkol ńachtu najít, úspěńné nebyly. Gravimetrické profily byly vytyčeny v místě pŗedpokládané polohy ńachty na úpatí odvalové haldy. Situace gravimetrických profilŧ je patrná z obr. 1.
Geologické poměry Lukavice leņí pŗi severním okraji Ņelezných hor. Severní část katastru obce patŗí k nasavrckému masivu, centrální část tvoŗí takzvaná lukavická série, v jiņní části se vyskytují pŗeváņně pískovce, slepence, slínovce, hlíny a opuky kŗídového stáŗí. Pyritové zrudnění v Lukavici se nachází v porfyroidech lukavické série, kterou vymezil Vodička (1950). Je to území mezi nasavrckým masívem na jihu a ordovickými sedimenty chrudimského starńího paleozoika na severu. Celou lukavickou sérii lze sledovat v délce asi 15 km. Nejńirńí je v údolí ŗeky Chrudimky u Svídnice, kde je téměŗ 3 km ńiroká a v její blízkosti se noŗí pod kŗídové sedimenty (Lukavice, 2008). Lukavická série je komplex značně sloņitý, jsou zde zastoupeny rŧzné typy porfyrických hornin, pŗeváņně světlých barev. Jedná se o kyselé aņ intermediární dynamometamorfované paleovulkanity a jejich tufy charakteru ryolitŧ aņ ryodacitŧ, stáŗí pravděpodobně ordovického. Mladńí variskou intruzí ņeleznohorského plutonu dońlo jednak k výraznému stlačení tohoto komlexu a k následné polyfázové metasomatóze, spojené s mobilizací roztokŧ sulfidŧ, pŗedevńím pyritu. V okolí mladńích variských kyselých a bazických ņil dońlo v porfyroidech k prostorově omezeným prokŗemeněním. Celý komplex je ukloněn k SV, zlomové struktury jsou zvýrazněny ņilnými intruzemi. Pŧvodní krystalinický povrch byl intenzivně pŗedkŗídově denudován a morfologicky rozčleněn. V prostoru s výraznou pyritizací napomohl rozklad pyritu k intenzivnějńí aerické alteraci. Na bázi následné kŗídové cenomanská transgrese jsou pískovce, slepence, lumachelové vápence a drobné slojky uhelných jílovcŧ aņ uhlí. V prostoru lukavického loņiska dosahují kŗídové sedimenty mocnosti 2 - 20 m. Vrstevní sled uzavírají nepŗíliń mocné kvartérní sedimenty s terasovými ńtěrkopísky a svahovinami.
Terénní práce a zpracování naměřených dat V místě pŗedpokládaného výskytu vodní ńachty Vilemína bylo vytyčeno 5 paralelních gravimetrických profilŧ G5 aņ G9 – viz obr. 1. Profily jsou 30 m dlouhé, vzdálenost mezi profily je 4 m, vzdálenost gravimetrických bodŧ na profilech je 2 m. Měŗení bylo provedeno mikrogalovým gravimetrem Scintrex CG-3M (Blecha, 2006). Celkem 7 % gravimetrických bodŧ bylo měŗeno opakovaně v rŧzných časech pro určení optimálního zpŧsobu vyloučení reziduálního chodu. Nejmenńí stŗední kvadratická hodnotami registrovanými na opěrném bodě. Vńechny gravimetrické body byly zaměŗeny geometrickou nivelací ze stŗedu na lať. Naměŗená data byla zpracována do formy relativních Bouguerových anomálií pro redukční hustotu 2610 kg/m3. Tato hustota odpovídá alterovaným porfyroidŧm, které na lokalitě tvoŗí krystalinické podloņí. Reliéf plochy měŗení je rovinný, výsypka jv. Od měŗených profilŧ tvoŗí mírnou elevaci. Klasické terénní korekce počítány nebyly a
14
tíhový vliv výsypky byl odstraněn spolu s regionálním polem pŗi separaci Bouguerových anomálií na regionální a reziduální část. Z mapy reziduálních anomálií byl vybrán profil, který byl interpretován kvantitativně pomocí modelovacího programu GM-SYS.
Obr. 1 Situace gravimetrických profilŧ. Profily G5 aņ G9 jsou vytyčeny v místě pŗedpokládané polohy vodní ńachty Vilemína.
Výsledky měření Mapa Bouguerových anomálií je na obr. 2. Hodnoty Bouguerových anomálií zŗetelně klesají od západu k východu, avńak i v tomto regionálním trendu je patrná lokální záporná anomálie, která dosahuje nejvyńńí intenzity na profilu G8. Bouguerovými anomáliemi na obr. 2 byla proloņena plocha nízkého stupně, kterou povaņujeme za regionální trend. Tento trend zahrnuje nejen účinek hlubńí geologické stavby, ale částečně také účinek topografických hmot. Mapa regionálních anomálií je na obr. 3.
15
(mGal) 62.21
G5
16
62.2 62.19
14
G6
12
62.18 62.17
y (m)
10
62.16
G7
8
62.15 62.14
6
62.13 4
G8
62.12 62.11
2
62.1
0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
G9
x (m)
0m
62.09 62.08
5m
10m
Obr. 2 Mapa Bouguerových anomálií. (mGal)
G5
16
62.21 62.2
14 62.19
G6
12
y (m)
10
62.18 62.17
G7
8
62.16 62.15
6 4
G8
62.14 62.13
2 62.12 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
x (m)
0m
28
30
G9
62.11 62.1
5m
10m
Obr. 3 Mapa regionálních anomálií. Po odečtení regionálních anomálií od anomálií Bouguerových dostáváme mapu anomálií reziduálních, která je na obr. 4. Zŗetelně zde vystupuje lokální záporná anomálie, protaņená ve směru JZ – SV, která dosahuje největńí intenzity -0.040 mGal na metráņích 10 – 14 m profilu G8 (y = 4 m). Jelikoņ gravimetrický prŧzkum byl proveden v místě, kde se má vodní ńachta Vilemína nacházet podle dobových map a fotografií, domníváme se, ņe pomocí
16
gravimetrického prŧzkumu jsme pŗesnou pozici ńachty nalezli. Podle výsledkŧ gravimetrie je ńachta mezi metráņemi x = 10 – 14 m a y = 2 – 5 m (obr. 4). Protaņený tvar anomálie je pravděpodobně zpŧsoben tím, ņe vedle ńachty bylo částečně zapuńtěné vodní kolo o prŧměru 8 m. Pŗes lokální zápornou anomálii ve směru jejího protaņení byl veden interpretační profil, na kterém bylo provedeno 2.75-D modelování. Pozice profilu je na obr. 4, model na obr. 5. Na profilu jsme modelovali typický vrstevní sled pro tuto lokalitu (Blecha a kol. 2007): pŗi povrchu pokryv s proměnnou hustotou 1900 – 2150 kg/m3, pod ním kŗídové sedimenty, pŗeváņně pískovce s hustotu 2374 kg/m3 a dále krystalinické podloņí tvoŗené alterovanými porfyroidy s hustotou 2610 kg/m3. Hustoty kŗídových hornin a porfyroidŧ pro modelování byly určeny na základě dat uváděných v práci Chlupáčová a Kańparec, (1990). I kdyņ se údaje o zpŧsobu sanace ńachty nedochovaly, pŗedpokládali jsme, ņe ńachta byla uzavŗena standardně, tj. ņe blízko pŗi povrchu byla zaklenuta a klenba zasypána. Větńina ńachty tak zŧstala pravděpodobně nezasypaná, zaplavená vodou (hustota 1000 kg/m3). Na sv. okraji ńachty pŗedpokládáme zahloubenou jámu pro vodní kolo, které pohánělo pumpy čerpající vodu z dolŧ. (mGal) 0.055
G5
16
0.045
B
14
0.035
G6
12
0.025
10
y (m)
0.015
G7
8 6
0.005 -0.005
4
G8
2
-0.025
A 0 0
2
-0.015
4
6
8
10
12
14
16
18
20
x (m)
0m
22
24
26
28
30
G9
-0.035 -0.045
5m
10m
Obr. 4 Mapa reziduálních anomálií. Linie A-B označuje polohu profilu, na kterém byla provedena kvantitativní interpretace - model na obr. 5. Na obr. 5 je na spodním panelu vertikální hustotní ŗez, na prostŗedním panelu jsou měŗené a vypočtené hodnoty tíņe, na vrchním panelu je horizontální ŗez v hloubce 15 m pod povrchem. Aby bylo moņné geologickou situaci pŗehledně zobrazit, nejsou vertikální a horizontální měŗítka na vrchním a spodním panelu stejná. Pŗevýńení vertikálního měŗítka na spodním panelu je 0.1, na horním panelu 0.2. Ve skutečnosti je ńachta v horizontálním ŗezu čtvercová s prŧŗezem 3 x 3 m a hloubku má 66 m. Pŗi modelování bylo dosaņeno vysoké shody pozorovaných a vypočtených hodnot (chyba 1 µGal), avńak vzhledem k pŗirozené mnohoznačnosti ŗeńení obrácených úloh v potenciálových polích je uváděné ŗeńení jen jedno z mnoha moņných. Nicméně
17
-10.00
Gravity ( Gals)
Distance (meters)
vzhledem k tomu, ņe pŗi interpretaci jsme se opírali o historické podklady, o znalost místní geologie a hustot hornin, domníváme se, ņe pŗedkládané ŗeńení je reálné.
0.00
10.00 15 =Observed,
0
-30 -45
B
A
-10
křída
pokryv D=1900 - 2150 kg/m
0 Depth (meters)
=Calculated
-15
10
3
D=2374
jáma vodního kola D=2080
20 30
šachta
porfyroidy
D=1000
40
D=2610
50 60 70 0 V.E.=0.1
4
8
12 16 Distance (meters)
20
24
28
Obr. 5 Model ńachty Vilemína. Pozice interpretačního profilu je vyznačena na obr. 4. Hustoty D jsou uvedeny v [kg/m3]. Horní panel je horizontální ŗez modelem v hloubce 15 m pod povrchem, prostŗední panel jsou měŗené a modelované hodnoty tíņe, spodní panel je vertikální hustotní ŗez. Pŗevýńení vertikálního měŗítka na spodním panelu je 0.1, na horním panelu 0.2. V horizontálním ŗezu má ńachta ve skutečnosti čtvercový prŧŗez 3 x 3 m.
Závěr V obci Lukavice ve východních Čechách bylo provedeno detailní gravimetrické měŗení, jehoņ úkolem bylo lokalizovat bývalou vodní ńachtu Vilemína. Měŗení proběhlo v síti profilŧ vytyčených v místě, kde se poloha ńachty pŗedpokládá podle historických map a fotografií. Z výsledkŧ měŗení vyplývá, ņe poloha ńachty byla zachycena na jiņním okraji měŗené plochy, na úpatí haldy s odvalem z pyritových dolŧ. Ńachta se projevuje ostŗe omezenou zápornou lokální anomálií a její obdélníkový tvar naznačuje, ņe vedle ńachty byla gravimetrií zachycena i jáma, do které bylo zapuńtěno vodní kolo, které pohánělo pumpy čerpající vodu z dolŧ. Pŗes anomálii byl veden profil, na kterém byla provedena kvantitativní interpretace naměŗených dat pomocí programu pro 2.75-D modelování. Pŗi vytváŗení modelu byla pouņita vńechna dostupná historická fakta o ńachtě, dále znalosti o místní geologii a o hustotách hornin na lokalitě. Výsledky kvantitativní interpretace ukazují, ņe gravitační účinek modelu se velmi dobŗe shoduje s naměŗenými daty. Domníváme se proto, ņe pozice bývalé vodní ńachty Vilemína byla pomocí gravimetrických měŗení nalezena.
18
Poděkování Příspěvek vznikl za finanční podpory Grantové agentury České republiky (grant č. 205/07/0574) a výzkumného záměru MSM 0021620855. Technické práce byly financovány Odborem geologie MŢP ČR v rámci projektu „Mapování kritických zátěţí po těţbě pyritu v Lukavici u Chrudimi“, vedeného Českou geologickou sluţbou.
Literatura [1]
[2]
[3] [4] [5] [6]
Blecha, V. (2006): Metodika měŗení mikrogalovým gravimetrem Scintrex. – Sborník vědeckých prací Vysoké ńkoly báňské – Technické univerzity Ostrava, ŗada stavební, ročník VI, č. 2, str. 17-21. Blecha, V., Vilhelm, J., Rambousek, P., Dohnal, J. a Jáně, Z. (2007): Geofyzikální prŧzkum pozŧstatkŧ staré dŧlní těņby v Lukavici u Chrudimi. Sborník vědeckých prací Vysoké ńkoly báňské – Technické univerzity Ostrava, ŗada stavební, ročník VII, č. 2, str. 31-38. Chlupáčová, M. a Kańparec, I. (1990): Petrofyzikální charakteristika Lukavické série. – Výzkumná zpráva, Geofyzika s.p. Brno, závod Praha, 49 str. Lukavice (2008): http://www.lukavice.com Lukavické dolování (2008): http://www.mining.cz/TEXTY/Lukavice/Lukavice.htm Vodička, J. (1950): Petrografické poměry v okolí Lukavice a Ņumberka v Ņelezných horách. – Sbor. Stát. Geol. úst., Odd. Geol., 17., Praha.
19
20
